El héroe anónimo del frío: cómo funciona su máquina de hielo

Desde un cóctel helado en una tarde de verano hasta una hielera preparada para un picnic, hielo es una necesidad moderna que a menudo damos por sentado. Antes del uso generalizado de congeladores y máquinas de hielo automatizadas, conseguir un suministro constante de hielo era un proceso laborioso que implicaba almacenes de hielo y enormes esfuerzos logísticos. Hoy los humildes hielo maker , ya sea un electrodoméstico independiente o una función dentro de su refrigerador, realiza este pequeño milagro con una ciencia fascinante y eficiente.

La ciencia de la congelación: del agua al hielo

En esencia, una fábrica de hielo es simplemente una máquina que explota la propiedad física del agua: se convierte en un sólido (hielo) cuyo su temperatura cae por debajo de su punto de congelación .

El cambio de fase

El agua está formada por moléculas de $H_2O$. En su estado líquido, estas moléculas se mueven constantemente, deslizándose unas sobre otras. Para convertir agua líquida en hielo sólido, debemos eliminar suficiente energía termal (calor) para ralentizar estas moléculas. Una vez que se desaceleran lo suficiente, las fuerzas de atracción entre las moléculas las bloquean en un patrón rígido y repetitivo llamado red cristalina . Esta transformación se conoce como cambio de fase .

El ciclo de refrigeración

El proceso de eliminación de calor es tarea del sistema de refrigeración , que en principio es idéntico a lo que enfría todo el frigorífico o el aire acondicionado. Este ciclo involucra cuatro componentes clave y un fluido especial llamado refrigerante .

• Compresor: Este es el corazón del sistema. Presuriza el refrigerante gaseoso, lo que eleva drásticamente su temperatura.
• Bobinas del condensador: El refrigerante caliente a alta presión fluye a través de serpentines, generalmente en la parte posterior o inferior del aparato. Libera su calor al aire circundante (la cocina). A medida que se enfría, el refrigerante vuelve a convertirse en líquido.
• Válvula de expansión (o tubo capilar): El refrigerante líquido pasa a través de una válvula estrecha, que reduce rápidamente su presión. Esta caída repentina de presión hace que el refrigerante se enfríe instantáneamente.
• Serpentines del evaporador: Aquí es donde ocurre la magia de la fábrica de hielo. El refrigerante líquido súper frío fluye a través de serpentines, que generalmente están en contacto directo con la bandeja de formación de hielo. Esta superficie fría atrae rápidamente el calor. fuera del agua, provocando que el agua se congele. El refrigerante, una vez absorbido el calor, se convierte nuevamente en gas y regresa al compresor para iniciar el ciclo nuevamente.

Anatomía de una máquina de hielo automática

En la mayoría de los refrigeradores modernos, la máquina de hielo automática funciona en un ciclo simple y cronometrado, y generalmente produce un lote de hielo cada una o dos horas.

El suministro de agua

Primero, la máquina de hielo necesita agua. un válvula solenoide controla el flujo de agua desde la línea principal de su hogar (generalmente filtrada) hacia un recipiente pequeño, de plástico o metal. hielo mold o bandeja. Esta válvula normalmente se activa mediante un temporizador o un sensor.

Congelar y sentir

Una vez lleno el molde, el serpentines del evaporador Alrededor del molde comienzan a enfriar el agua. El momento de este paso es crucial. Una vez que el agua está completamente congelada, uno de dos métodos comunes indica que el hielo está listo:

• Termostato/Temporizador: Un sistema básico utiliza un temporizador simple. Después de un período de tiempo predeterminado (por ejemplo, 60 minutos), la máquina asume que el hielo está sólido.
• Sensor óptico (haz infrarrojo): Los sistemas más sofisticados utilizan un rayo infrarrojo que atraviesa el depósito de almacenamiento de hielo. Cuando la viga queda bloqueada por un montón de hielo, la máquina detiene la producción. Cuando el nivel baja, la viga se desbloquea y se reanuda la producción. Esto a menudo se conoce como un sensor completo .

Cosechando el hielo

Una vez que el hielo está completamente formado, se debe liberar del molde, proceso conocido como cosechando .

• Elemento calefactor: un pequeño elemento calefactor cerca del molde se activa brevemente (durante unos 10-15 segundos). Esto calienta ligeramente la superficie del molde, lo suficiente para derretir una pequeña capa de hielo y liberar los cubitos, pero no lo suficiente como para derretir los cubitos.
• Brazo eyector: un motorizado brazo eyector Luego, o un rastrillo pasa por el molde, empujando los cubos aflojados hacia afuera y hacia el recipiente de almacenamiento que se encuentra debajo. el ruidoso ruido sordo Lo que escuchas es el sonido de los cubos cayendo al contenedor.

El mecanismo de cierre

Para mayor comodidad, las máquinas automáticas de hielo deben dejar de producir hielo cuando el depósito está lleno. Esto se logra mediante un brazo de cierre de alambre (o alambre de fianza). Este brazo descansa sobre la pila de hielo. A medida que el depósito de hielo se llena, los cubos empujan el brazo hacia arriba y lo mantienen en la posición "arriba". Este movimiento físico activa un interruptor que le indica a la fábrica de hielo que detenga su ciclo. Una vez que se usa el hielo y la pila cae, el brazo vuelve a caer, lo que hace que la máquina comience a producir hielo nuevamente.

El ciclo continuo y silencioso de congelación, calentamiento y expulsión es un testimonio de una ingeniería inteligente que nos proporciona un suministro continuo y bajo demanda de agua perfectamente congelada.

Más allá del refrigerador: máquinas de hielo especiales

Si bien la máquina de hielo para refrigerador es la más común, las unidades especializadas utilizan diferentes técnicas para crear tipos específicos de hielo para uso comercial y doméstico.

Hielo en escamas y pepitas

• Hielo en escamas: Utilizado principalmente en exhibidores de mariscos en tiendas de comestibles, el hielo en escamas se produce raspando una capa de hielo de un tambor vertical enfriado.
• Hielo en pepitas (o hielo masticable): Una opción popular en restaurantes y hospitales, este hielo suave y poroso se elabora comprimiendo hielo en escamas en bolitas pequeñas y aireadas.

Máquinas de hielo transparentes

Una queja común con el hielo del refrigerador es su apariencia turbia, causada por burbujas de aire atrapadas y minerales que se congelan en el centro del cubo. Máquinas de hielo transparentes (usados a menudo por camareros o para bebidas de alta gama) solucionan este problema imitando el proceso de congelación natural de los lagos: congelan el agua lentamente and direccionalmente .

Al congelar primero el agua de la capa inferior o superior y mantenerla constantemente agitada, las burbujas de aire y las impurezas se expulsan y se concentran en el último trozo de agua a congelar, que generalmente se desecha. El resultado es un hielo denso y cristalino que se derrite más lentamente y no diluye las bebidas tan rápido.